JP6134126B2 - 回転電機及び車輌 - Google Patents

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Description

実施形態は、回転電機およびこれを用いた車輌に係る。
横方向磁束型の回転電機は、回転軸を中心に回転可能な回転子と回転子の外周を覆って設けられた固定子を備える。固定子は回転子と同軸に巻かれた巻線とそれを取り囲み円周上に分割して配置された複数のＵ字型の固定子鉄心を備える。この固定子鉄心はＵ字の両端に磁極部を有している。回転子は固定子鉄心の磁極部に対向するように円周上に交互に配置された永久磁石と鉄心を備える。このような回転電機では、巻線に電流を供給することで、少なくとも固定子側の固定子鉄心、回転子側の鉄心を経路とする磁界が生じることによりトルクを発生させる。このとき、回転子側において、より多くの鉄心及び永久磁石を配置して多極化を図ることでトルクを向上させることができる。しかしながら、更なるトルクの向上が望まれている。
特開２０１２−２１７３１２号公報
トルクを向上させることが可能な回転電機及びこれを用いた車輌を提供する。
実施形態に係る回転電機は、回転軸を回転中心として回転可能な回転子と、前記回転子の回転方向に巻かれた環状の巻線と、前記回転子の回転方向に所定の間隔を置いて設けられ、前記巻線の一部を取り囲む複数の第１の強磁性体を有する固定子と、を備えている。
前記回転子は、前記回転方向に所定の間隔を置いて設けられ、前記複数の第１の強磁性体と所定の空隙をおいて設けられた複数の第２の強磁性体と、隣り合う前記第２の強磁性体の間に設けられた、前記回転方向に磁界を形成する第１の磁界形成部と、前記第１の磁界形成部とは反対向きに磁界を形成する第２の磁界形成部と、前記第１の磁界形成部と前記回転軸の軸方向に並び、前記第１の磁界形成部と反対向きに磁界を形成する第３の磁界形成部と、前記第２の磁界形成部と軸方向に並び、前記第３の磁界形成部と反対向きに磁界を形成する第４の磁界形成部と、を備えている。
また、実施形態に係る車輌は、上記回転電機を備える。
第１実施形態に係る回転電機を示す斜視図。 図１の駆動要素を示す斜視図。 図２の部分図とその断面図。 第１実施形態に係る磁束の流れを示す模式図。 図２の介挿部材の変形例を示す図。 図２の固定子鉄心及び回転子鉄心の変形例を示す図。 第２実施形態に係る回転電機を説明する図。 第２実施形態に係る回転電機を説明する図。 第２実施形態に係る回転電機を説明する図。 第２実施形態に係る回転電機を説明する図。 第２実施形態に係る回転電機を説明する図。 第３実施形態に係る回転電機を説明する図。 第３実施形態に係る回転電機を説明する図。 第３実施形態に係る回転電機を説明する図。 第３実施形態に係る回転電機を説明する図。 第３実施形態に係る回転電機を説明する図。 第４実施形態に係る回転電機駆動系を示すブロック図。 第４実施形態に係る駆動回路部を示すブロック図。 第４実施形態に係る正弦波電流駆動時の相電流を示す図。 第４実施形態に係る矩形波電流駆動時の相電流を示す図。 第５実施形態に係るシリーズハイブリッド自動車を示す模式図。 第５実施形態に係るパラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 第５実施形態に係るシリーズ・パラレルハイブリッド自動車を示す模式図。 第５実施形態に係る電気自動車を示す模式図。 第１実施形態に係る回転電機の比較例を示す図。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１乃至図４を用いて第１実施形態に係る回転電機１０を説明する。
図１は回転電機１０を示す斜視図である。回転電機１０は、駆動軸５の軸方向に沿って複数(この例では三個)の駆動要素１を有している。三個の駆動要素１は、支持部材６を介して同一の回転軸５に連結されており、機械的出力（トルク）はこの駆動軸５より取り出される。また、三個の駆動要素１は、回転方向の相対位置（位相）関係において、後述の固定子鉄心または回転子鉄心（この例では回転子鉄心）が各駆動要素１間で回転方向に所定の位相差を持たせて設けられている。
図２は駆動要素１の一部を示す斜示図と駆動要素１の平面図である。各駆動要素１は、固定子２と、この固定子２の内周に所定の空隙ｄを隔てて設けられた回転子３とを有している。回転子３は、駆動軸５を回転軸として固定子２に対して相対的に回転可能である。
固定子２は、回転軸から所定の距離（ｒ１）だけ離れた円筒上に、円周方向（回転方向）に巻かれた環状の巻線４と、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて巻線４の一部を取り囲むように配置された複数の固定子鉄心（第１の強磁性体）２１を備える。各固定子鉄心２１は、U字形状であり、U字の腕の部分に一対の第１の磁極部２１a及び第２の磁極部２１bを有する。各固定子鉄心２１は第１の磁極部２１a及び第２の磁極部２１bにより巻線４の一部を取り囲んでいる。
回転子３は、回転軸から所定の距離（ｒ３）だけ離れた円筒上に、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて配置された複数の回転子鉄心（第２の強磁性体）３１と、隣り合う２つの回転子鉄心３１の間に介挿された第１の介挿部材３２及び第２の介挿部材３３を有している。第１の介挿部材３２は、回転軸の軸方向の位置を第１の磁極部２１ａに対応させて配置され、回転子３の回転に応じて第１の磁極部２１aと回転子鉄心３１が対向することで後述のように第１の介挿部材３２を介して固定子鉄心２１と回転子鉄心３１との間で閉じた磁気回路を形成する。また、第２の介挿部材３３は、回転軸の軸方向の位置を第２の磁極部２１ｂに対応させて配置され、回転子３の回転に応じて第２の磁極部２１bと回転子鉄心３１が対向することで後述のように第２の介挿部材３３を介して固定子鉄心２１と回転子鉄心３１との間で閉じた磁気回路を形成する。
図３は、回転子３の回転に応じて固定子鉄心２１と回転子鉄心３２が対向する状態となった時点について例示して説明するものであって、駆動要素１の部分図とそのA-A断面図、B-B断面図及びC-C断面図である。
第１の介挿部材３２は、円周方向（回転方向）に並べて設けられた第１の磁石３２a及び第２の磁石３２bと、第１の磁石（第１の磁界形成部）３２aと第２の磁石（第２の磁界形成部）３２bの間に設けられた強磁性体（第３の強磁性体）３２cを有している。第１及び第２の磁石３２a、３２ｂは、隣り合う回転子鉄心３１の側面に例えば接着部材（図示せず）を介して接着固定された永久磁石である。第１の介挿部材３２は、回転方向であって、互いに逆方向の２つの磁界を発生させる。
第２の介挿部材３３は、円周方向（回転方向）に並べて設けられた第３の磁石（第３の磁界形成部）３３a及び第４の磁石（第４の磁界形成部）３３bと、第３の磁石３３aと第４の磁石３３bの間に設けられた強磁性体（第４の強磁性体）３３cを有している。第３及び第４の磁石３３a、３３bは、隣り合う回転子鉄心３１の側面に例えば接着部材（図示せず）を介して接着固定された永久磁石である。第２の介挿部材３３は、回転方向であって、互いに逆方向の２つの磁界を発生させる。
第１の磁石３２aは、隣り合う回転子鉄心３１の側面から強磁性体３２cに向かう磁化方向１０３２aを有する磁界を形成する。第２の磁石３２bは、隣り合う回転子鉄心３１の側面から強磁性体３２cに向かう磁化方向１０３２bを有する磁界を形成する。すなわち、磁化方向１０３２aと１０３２bは回転方向に反対向き（反発する向き）の成分を有している。
第３の磁石３３aは、強磁性体３３cから隣り合う回転子鉄心３１の側面に向かう磁化方向１０３３aを有する磁界を形成する。第４の磁石３３bは、強磁性体３３cから隣り合う回転子鉄心３１の側面に向かう磁化方向１０３３bを有する磁界を形成する。すなわち、磁化方向１０３３aと１０３３bは回転方向に反対向き（反発する向き）の成分を有している。
なお、第１乃至第４の磁石３２a、３２b、３３a、３３bは、各々が隣り合う回転子鉄心３１の側面に対して略垂直な磁化方向を有することが好ましいが、第１の磁石３２aが形成する磁界と第２の磁石３２bが形成する磁界が反発して径方向の外周側（回転子３から固定子２）に向かう磁界が形成されればよい。同様に第３の磁石３３aが形成する磁界と第４の磁石３３bが形成する磁界が反発して径方向の内周側（固定子２から回転子３）に向かう磁界が形成されればよい。
なお、第１乃至第４の磁石３２a、３２b、３３a、３３bとしては、予め着磁された永久磁石を用いることもできるし、磁界を形成するものであればよい。例えば鉄心と巻線を組み合わせた部材を用いることで巻線に電流を供給して磁界を発生させることもできる。
（第１実施形態の作用）
第１実施形態において、トルクが発生する場合の作用について説明する。図４は磁束の流れを示す模式図である。
第一に、巻線４に電流を流せば励磁され、それを取り囲む固定子鉄心２１、回転子鉄心３１、固定子鉄心２１の経路で磁束が流れる（磁気回路５１）。図４の例では、A-A断面において、巻線４には紙面奥から紙面手前に向かって電流を流している。一方、第１の磁石３２a、第２の磁石３２bの磁界により、第１の磁石３２a、強磁性体３２c、固定子鉄心２１、回転子鉄心３１、第１の磁石３２aの経路、並びに第２の磁石３２b、強磁性体３２c、固定子鉄心２１、回転子鉄心３１、第２の磁石３２bの経路で磁束が流れる（磁気回路５２a）。
また、第３の磁石３３a、第４の磁石３３bの磁界により、第３の磁石３３a、回転子鉄心３１、固定子鉄心２１、強磁性体３３c、第３の磁石３３aの経路、並びに第４の磁石３３b、回転子鉄心３１、固定子鉄心２１、強磁性体３３c、第４の磁石３３bの経路で磁束が流れる（磁気回路５２b）。磁気回路５１と、磁気回路５２a及び５２bの磁束が相互作用することにより、回転子３にトルクが加わる。
一般に回転電機のトルクは、空隙中に蓄えられる磁気エネルギー（Ｂ２／２μ０）の回転角度θに対する偏微分により与えられ、多極化はその偏微分の分母を小さくすることによりトルクを増大させる効果がある（ここで、Ｂは磁束密度、μ０は真空の透磁率を表す）。また、図２５（a）に示すように、第１の磁石３２a（第３の磁石３３a）及び第２の磁石３２b（第４の磁石３３b）の表面磁束密度をＢ１、表面積をＳ１、第１の介挿部材３２（第２の介挿部材３３）の固定子２側の表面積をＳ２とすると、第１の介挿部材３２（第２の介挿部材３３）の固定子２側の平均表面磁束密度Ｂ２は、（２Ｂ１Ｓ１／Ｓ２）により与えられる。
すなわち、本実施形態によれば、隣り合う２つの回転子鉄心３１の間に、回転子鉄心の側面に交差する方向（好ましくは略垂直）に磁界を形成する第１乃至第４の磁石３２a、３２b、３３a、３３bを設けているために、磁化方向に垂直な断面積Ｓ１を鉄心の側面積全体にわたって拡張することができ、図２５（b）に示す比較例と比べて平均表面磁束密度Ｂ２を増大させることができる。この結果、トルクを向上させることが可能となる。
また、本実施形態によれば、第１の磁石３２a（第３の磁石３３a）が形成する磁界と第２の磁石３２b（第４の磁石３３b）が形成する磁界は互いに反対方向なので、この２つの磁界は第１の磁石３２a（第３の磁石３３a）と第２の磁石３２b（第４の磁石３３b）の間で反発しあう。したがって、この２つの磁界により強磁性体３２c（強磁性体３３c）内には径方向の磁界が形成され、磁束のほとんどは径方向の流れを生じる。このため、固定子２と回転子３の対向面では高い磁束密度を得ることができる。また、図２５（b）に示す比較例の磁気回路と比較すると、本実施形態では磁気回路５２a及び５２bは全長が短く、そのほとんどが強磁性体を通る。したがって、磁気抵抗が小さく、少しの起磁力でも高い磁束密度を発生できる。これにより効率を向上させることが可能となる。
（変形性）
図５は、図２の第１の介挿部材３２（以下、単に介挿部材）の変形例を示す図である。なお、ここでは例として第１の介挿部材３２の変形例を説明するが、第２の介挿部材３３についても同様であり磁化方向がそれぞれ反対方向である点のみが異なる。
介挿部材７３は、接触された第１の磁石３２aと第２の磁石３２bを有している。それらの磁束は両者の接触面に集中し、固定子２（外周）側とその反対（内周）側に磁束が漏れる。そのため、回転子３に対して固定子２と反対（外周）側に新たに固定子２が付加すれば、その漏れた磁束を有効にトルク発生に寄与させることができる。
介挿部材７４は、第１の介挿部材３２の強磁性体３２cの代わりに第５の磁石３２dを備えたものである。第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの磁束と、第５の磁石３２dの磁束が強めあうため、第５の磁石３２dの外周側の端部で強力な磁界を発生させることができる。
介挿部材７５は、第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの内周側の端部の幅に比べて、外周側の端部の幅を狭くすることで、第５の磁石３２dの外周側の断面積を大きくしたものである。全体の磁束量は介挿部材７４とほとんど変わらないが、第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの端部が狭まった分、それらの磁束が回転方向に分散し、より高調波歪みの小さい磁束密度分布を得られる。
介挿部材７６は、第１の介挿部材３２の強磁性体３２cと比べて、内周側の先端に幅を持たせた強磁性体３２eを備えたものである。このように先端に幅を持たせることにより、第１の磁石３２aと第２の磁石３２bとの取り付け・保持特性を改善することができる。なお、第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの磁束が内周側に漏れる。そのため、内周側に新たに固定子２が付加すれば、その漏れた磁束を有効にトルク発生に寄与させることができる。
介挿部材７７は、第１の磁石３２aの外周側に、外周側に向う方向の磁界を形成する第６の磁石３２fを備えたものである。第６の磁石３２fが隣り合う固定子鉄心５の間の全域にわたって配置されているため、これにより均一な磁束密度分布が得られる。また、第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの磁束は強磁性体３２cを通りやすく第６の磁石３２fの中央の磁束密度は高くなる。
介挿部材７８は、介挿部材７７の第６の磁石３２fを第７の磁石３２gと第８の磁石３２hの２つに分け、その間を強磁性体３２cで満たしたものである。第１の磁石３２aと第２の磁石３２bの磁束はほとんど強磁性体３２cの側の端部に達し、また第７の磁石３２gと第８の磁石３２hの磁束とあわせて均一な磁束密度分布が得られる。
なお、図６に示すように、固定子鉄心２１及び回転子鉄心３１を複数のパーツ（２１a、２１b、２１c及び３１a、３１b、３１c）に分割し、磁化容易軸１０２１a、１０２１b、１０２１c、１０３１a、１０３１b、１０３１cを磁束の経路と合わせることによって、等方性強磁性体よりも高い磁束密度が得られ、鉄損を低減することができる。
（第２実施形態）
図７乃至図１１は第２実施形態に係る回転電機１１０を説明するための図である。第１実施形態と比べると、各駆動要素１０１が回転子１０３と、この回転子１０３の内周に加えて、外周にも固定子１０２（１０２Ａ、１０２Ｂ）を有している点で異なる。
図７は回転電機１１０の全体図を、図８は図７における軸方向に平行な断面図を示している。三個の駆動要素１０１の各回転子１０３は連結部材１０７によって連結されている。また、各固定子１０３は連結部材１０７と支持部材１０９を介して同一の回転軸１０８に連結されており、機械的出力はこの回転軸１０８より取り出される。
図９及び図１０は駆動要素１０１を示す図である。
固定子１０２Ａは、回転子１０３の外周に設けられている。円周方向（回転方向）に巻かれた環状の巻線１０４aと、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて巻線１０４aの一部を取り囲むように配置された複数の固定子鉄心１２１Ａを備える。また、固定子１０２Ｂは、回転子１０３の内周に設けられている。円周方向（回転方向）に巻かれた環状の巻線１０４bと、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて巻線１０４bの一部を取り囲むように配置された複数の固定子鉄心１２１Ｂを備える。なお、固定子１０２Ａ及び固定子１０２Ｂは、固定子鉄心１２１Ａと固定子鉄心１２１Ｂとの間に回転方向に所定の位相差を持たせて設けられている。
回転子１０３は、回転軸から所定の距離だけ離れた円筒上に、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて配置された複数の回転子鉄心１３１と、隣り合う２つの回転子鉄心１３１の間に介挿された第１の介挿部材１３２及び第２の介挿部材１３３を有している。第１の介挿部材１３２は、第１及び第２の磁石１３２a、１３２bを備える。また、第２の介挿部材１３３は、第３及び第４の磁石１３３a、１３３bを備える。ここでは、回転子３と同様の構成とし詳細な説明は省略する。
（第２実施形態の作用）
第２実施形態において、トルクが発生する場合の作用について説明する。
図１１は、駆動要素１０１の部分図とその断面図を示すとともに、磁束の流れを示す図である。
第一に、巻線１０４ａ（１０４ｂ）に電流を流せば励磁され、図１１に示すように、磁気回路１５１ａ（１５１ｂ）が形成される。磁気回路１５１ａ（１５１ｂ）は、固定子鉄心１２１Ａ（１２１Ｂ）、回転子鉄心１３１（第２の介挿部材１３３、第１の介挿部材１３２）、固定子鉄心１２１Ａ（１２１Ｂ）の経路で磁束が流れる。一方、第１乃至第４の磁石１３２a、１３２b、１３３a、１３３bの磁界により、磁気回路１０５ａ（１０５ｂ）が形成される。この両者の磁束が相互作用することにより、回転子１０３にトルクが加わる。
本実施形態によれば、第１の介挿部材１３２（第２の介挿部材１３３）の第１及び第２の磁石１３２a、１３２b（第３及び第４の磁石１３３a、１３３b）が互いに反発する磁界を形成するため、それらの磁束は足し合わさって、固定子１０２Ａもしくは１０２Ｂのいずれかに向かう。それらの磁束は各磁石からの距離が最も近い固定子鉄心１２１Ａ（１２１Ｂ）に多く流れ、その割合は回転角度に依存する。全磁束に対する磁気回路１０５の磁気抵抗は第１実施形態の場合と比較して小さくなる可能性があるのに加え、二つの巻線１０４ａと１０４ｂを有するために、巻線による起磁力増大も可能なため、より高いトルクを発生できる。
（第３実施形態）
図１２乃至図１６は第３実施形態に係る回転電機２１０を説明するための図である。第２実施形態と比べると、各駆動要素２０１が回転子２０３と、２つの固定子２０２Ａ及び２０２Ｂが軸方向に垂直な平面で対向する点が異なる。すなわち、第１及び第２実施形態ではラジアルギャップモータであるのに対し、本実施形態はアキシャルギャップモータである。
図１２は回転電機２１０の全体図を、図１３は図１２における軸方向に平行な断面図を示している。三個の駆動要素２０１の各回転子２０３は支持部材２０９を介して同一の回転軸２０８に連結されており、機械的出力はこの回転軸２０８より取り出される。
図１４及び図１５は駆動要素２０１を示す図である。
固定子２０２Ａは、回転子２０３に対して軸方向に対向して設けられている。円周方向（回転方向）に巻かれた環状の巻線２０４aと、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて巻線２０４aの一部を取り囲むように配置された複数の固定子鉄心２２１Ａを備える。また、固定子２０２Ｂは、回転子２０３に対して軸方向に対向して設けられている。円周方向（回転方向）に巻かれた環状の巻線２０４bと、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて巻線２０４bの一部を取り囲むように配置された複数の固定子鉄心２２１Ｂを備える。なお、固定子２０２Ａ及び固定子２０２Ｂは、固定子鉄心２２１Ａと固定子鉄心２２１Ｂとの間に回転方向に所定の位相差を持たせて設けられている。
回転子２０３は、円周方向（回転方向）に所定の間隔を置いて配置された複数の回転子鉄心２３１と、隣り合う２つの回転子鉄心２３１の間に介挿された第１の介挿部材２３２及び第２の介挿部材２３３を有している。第１の介挿部材２３２は、第１及び第２の磁石２３２a、２３２bを備える。また、第２の介挿部材２３３は、第３及び第４の磁石２３３a、２３３bを備える。ここでは、回転子３と同様の構成とし詳細な説明は省略する。
（第３実施形態の作用）
第３実施形態において、トルクが発生する場合の作用について説明する。
図１６は、駆動要素２０１の部分図とその断面図を示すとともに、磁束の流れを示す図である。
第一に、巻線２０４ａ（２０４ｂ）に電流を流せば励磁され、図１６に示すように、磁気回路２５１ａ（２５１ｂ）が形成される。磁気回路２５１ａ（２５１ｂ）は、固定子鉄心２２１Ａ（２２１Ｂ）、回転子鉄心２３１（第２の介挿部材２３３、第１の介挿部材２３２）、固定子鉄心２２１Ａ（２２１Ｂ）の経路で磁束が流れる。一方、第１乃至第４の磁石２３２a、２３２b、２３３a、２３３bの磁界により、磁気回路２０５ａ（２０５ｂ）が形成される。この両者の磁束が相互作用することにより、回転要素２０２にトルクが加わる。
本実施形態によれば、基本的に第２実施形態と同様の効果が得られるが、アキシャルギャップモータの構成により、回転電機の半径を大きくすることで、トルクの作用する回転要子と固定子との対向面積を、その半径の二乗に比例して増大できる。したがって、扁平で軸長の短い制約の上で回転電機を設計する際には、本実施形態の回転電機では設計上有利であり、高いトルクを発生できる。
（第４実施形態）
第４実施形態における回転電機駆動系４０１について、図１７乃至図２０を参照して説明する。
図１７に示す回転電機駆動系４０１は第１実施形態に係る回転電機４０２と、回転位置検出部４０３と、回転制御部４０４と、駆動回路部４０５を有する。回転位置検出部４０３は、回転電機４０２の出力軸に取り付けられた回転位置センサ４３１の出力から回転位置を検出するか、もしくは駆動回路部４０５により出力された電圧・電流と、回転電機４０２の物理モデルを用いて回転位置を検出する（センサレス位置推定）。回転制御部４０４は回転位置検出部４０３から出力された位置情報を取り込み、実装された回転制御アルゴリズムに基づき、駆動回路部４０５に供給すべき電圧を印加する。その後、駆動回路部４０５が電機子巻線４２１（第１実施形態における巻線４）に電流を供給し、その結果、回転子にトルクが加わり、駆動する。
図１８に示す駆動回路部４０５はスイッチング回路４５０と、ゲートドライブ回路４５３で構成されている。スイッチング回路４５０は、例えばＩＧＢＴとダイオードなどで構成されるスイッチング部４５１を各相の電機子巻線４２１にブリッジ接続した構成になっており、スイッチング部４５１はゲートドライブ回路４５３からのパルス信号により駆動される。回転速度は、それらのパルス信号の周波数により制御できる。図１８では、三相の回転電機（回転要素と固定要素が三組）で、電機子巻線は三相結線を想定している。しかし、回転電機の相数が異なっても、同様にその相数に対応したスイッチング回路４５０を適用できる。なお、一定速度で回転する場合（回転速度の変化が大きくない場合）、その速度に対応する交流電流を必要相数供給できれば、前記記載のスイッチング回路４５０を有さなくても、駆動することができる。
図１９と図２０に三相結線をした電機子巻線４２１に流れる電流の一例を示す。図１３では、スイッチング回路４５０を用いたＰＷＭ制御を適用した場合の三相電流４６１を示している。実際に三相電流４６１にはノイズが含まれるが、ここでは位相が１２０度ずつ異なる基本波成分のみ示している。この基本波の周波数に対応した速度で回転子は駆動される。図１４では、スイッチング回路４５０を用いたパルス制御を行い、それぞれ位相が１２０度異なる矩形波状の三相電流４６２を供給している。
（第４実施形態の作用）
第２実施形態において、回転電機駆動系４０１によって、回転子の位置に対して適切な制御系が組まれ、安定な回転動作が可能になる。また、回転位置検出部４０３で、回転電機４０２の物理モデルと電圧・電流で回転位置推定を行う場合に、回転位置センサが不要となり、コストが抑えられる。また、回転電機は相数を任意に設定でき、その相数に応じて、既存の同期モータのＰＷＭ制御や、既存のＰＭ型、もしくはハイブリッド型ステッピングモータと同様の制御を適用して駆動することが可能である。
（第５実施形態）
第５の実施形態に係る車輌は、第１と第２のいずれかの実施形態に係る回転電機を備える。ここでいう車輌としては、二輪〜四輪のハイブリッド電気車輌、二輪〜四輪の電気車輌、アシスト自転車などが挙げられる。
図２１乃至図２３は、内燃機関と電池駆動の回転電機とを組み合わせて走行動力源としたハイブリッドタイプの車輌を、図２４は、電池駆動の回転電機を走行動力源とした電気自動車の車輌を示している。車輌の駆動力には、その走行条件に応じ、広範囲な回転数及びトルクの動力源が必要となる。一般的に内燃機関は理想的なエネルギー効率を示すトルク・回転数が限られているため、それ以外の運転条件ではエネルギー効率が低下する。ハイブリッドタイプの車輌は、内燃機関を最適条件で稼動させて発電すると共に、車輪を高効率な回転電機にて駆動することによって、あるいは内燃機関と回転電機の動力を合わせて駆動したりすることによって、車輌全体のエネルギー効率を向上できるという特徴を有する。また、減速時に車両のもつ運動エネルギーを電力として回生することによって、通常の内燃機関単独走行の車輌に比較して、単位燃料当りの走行距離を飛躍的に増大させることができる。
ハイブリッド車輌は、内燃機関と回転電機の組み合わせ方によって、大きく３つに分類することができる。
図２１には、一般にシリーズハイブリッド車輌と呼ばれるハイブリッド車輌５００が示されている。内燃機関５０１の動力を一旦すべて発電機５０２で電力に変換し、この電力はインバータ５０３を通じて電源５０４に蓄えられる。電源５０４の電力はインバータ５０３を通じて第１実施形態に係る回転電機５０５に供給され、回転電機５０５により車輪５０６が駆動する。電気車輌に発電機が複合されたようなシステムである。内燃機関は高効率な条件で運転でき、電力回生も可能である。その反面、車輪の駆動は回転電機のみによって行われるため、高出力な回転電機が必要となる。
図２２には、パラレルハイブリッド車輌と呼ばれるハイブリッド車輌５１０が示されている。付番５０７は、発電機を兼ねた第１実施形態に係る回転電機を示す。内燃機関５０１は主に車輪５０６を駆動し、場合によりその動力の一部を発電機５０７で電力に変換し、その電力で電源５０４が充電される。負荷が重くなる発進や加速時には回転電機５０７により駆動力を補助する。通常の車輌がベースになっており、内燃機関５０１の負荷変動を少なくして高効率化を図り、電力回生なども合わせて行うシステムである。車輪５０６の駆動は主に内燃機関８１によって行うため、回転電機５０７の出力は必要な補助の割合によって任意に決定することができる。比較的小さな回転電機５０７及び電源５０４を用いてもシステムを構成することができる。
図２３には、シリーズ・パラレルハイブリッド車輌と呼ばれるハイブリッド車輌５２０が示されている。シリーズとパラレルの両方を組み合わせた方式である。動力分割機構５０８は、内燃機関５０１の出力を、発電用と車輪駆動用とに分割する。パラレル方式よりもきめ細かくエンジンの負荷制御を行い、エネルギー効率を高めることができる。
図２４には、電気自動車の車輌５３０が示されている。付番５０７は、発電機を兼ねた第１実施形態に係る回転電機を示す。回転電機５０７は車輪５０６を駆動し、場合により発電機５０７として電力に変換し、その電力で電源５０４が充電される。
以上説明した少なくとも１つの実施形態に係る回転電機及び車輌によれば、トルクを向上させることが可能となる。
なお、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
回転電機・・・１０，１１０，２１０
駆動要素・・・１，１０１，２０１
固定子・・・２，１０２，２０２
回転子・・・３，１０３，２０３
巻線・・・４，１０４，２０４
駆動軸・・・５，１０８，２０８
支持部材・・・６，１０９，２０９
連結部材・・・１０７
固定子鉄心・・・２１，１２１，２２１
回転子鉄心・・・３１，１３１，２３１
第１の介挿部材・・・３２，１３２，２３２
第２の介挿部材・・・３３，１３３，２３３
回転電機駆動系・・・４０１
第１実施形態に係る回転電機・・・４０２、５０５
回転位置検出部・・・４０３
回転制御部・・・４０４
駆動回路部・・・４０５
回転位置センサ・・・４３１
電機子巻線・・・４２１
界磁巻線・・・４２２
スイッチング回路・・・４５０
スイッチング部・・・４５１
ゲートドライブ回路・・・４５３
三相電流・・・４６１、４６２
シリーズハイブリッド車輌・・・５００
内燃機関・・・５０１
発電機・・・５０２
インバータ・・・５０３
電源・・・５０４
車輪・・・５０６
発電機を兼ねた回転電機・・・５０７
動力分割機構・・・５０８
パラレルハイブリッド車輌・・・５１０
シリーズ・パラレルハイブリッド車輌・・・５２０
電気自動車車輌・・・５３０

Claims (8)

  1. 回転軸を回転中心として回転可能な回転子と、
    前記回転子の回転方向に巻かれた環状の巻線と、前記回転子の回転方向に所定の間隔を置いて設けられ、前記巻線の一部を取り囲む複数の第１の強磁性体を有する固定子と、を備え、
    前記回転子は、前記回転方向に所定の間隔を置いて設けられ、前記複数の第１の強磁性体と所定の空隙をおいて設けられた複数の第２の強磁性体と、
    隣り合う前記第２の強磁性体の間に設けられた、前記回転方向に磁界を形成する第１の磁界形成部と、前記第１の磁界形成部とは反対向きに磁界を形成する第２の磁界形成部と、前記第１の磁界形成部と前記回転軸の軸方向に並び、前記第１の磁界形成部と反対向きに磁界を形成する第３の磁界形成部と、前記第２の磁界形成部と軸方向に並び、前記第３の磁界形成部と反対向きに磁界を形成する第４の磁界形成部と、
    を備える回転電機。
  2. 前記第１の磁界形成部と前記第２の磁界形成部の間に第３の強磁性体を備える請求項１に記載の回転電機。
  3. 前記第１の磁界形成部と前記第２の磁界形成部の間に、径方向に磁界を形成する第５の磁界形成部を備える請求項１に記載の回転電機。
  4. 前記回転子に対して前記固定子とは反対側に第２の固定子をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 前記回転子と前記固定子の組を複数有し、
    前記回転子と前記固定子との前記回転方向の相対位置関係において複数の異なる組を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 前記第１の強磁性体、前記第２の強磁性体、前記第３の強磁性体の少なくとも１つが、少なくとも一部に磁気的な異方性を有する強磁性体である請求項２乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。
  7. 前記回転子の前記回転軸まわりの回転角度を測定する測定部と、
    前記測定部からの信号に基づいて前記巻線に流す電流量を制御する制御部と、
    をさらに備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機。
  8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機を有する車輌。
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